華中農業大學油菜團隊趙倫研究組揭示油菜異源多倍化亞基因組協同進化新規律

多倍化推動了新物種的形成，增強了植物的環境適應能力，并孕育出小麥、油菜、棉花等多種重要作物。異源多倍體在進化過程中需克服“基因組沖擊”，這一過程伴隨大規模遺傳變異和和表觀基因組重塑。然而，基因組與表觀基因組在多倍化后的協作規律仍知之甚少，亟待深入研究。

近日，華中農業大學作物遺傳改良全國重點實驗室油菜遺傳改良創新團隊趙倫教授研究組在國際學術期刊Horticulture Research上發表了題為Genomic and epigenomic coordination maintains subgenome transcriptional balance in allotetraploidBrassica napus的研究論文。該研究以白菜(ArAr)、甘藍(CoCo)及其異源四倍體甘藍型油菜(AnAnCnCn)為材料，揭示了異源多倍化后基因組與表觀基因組的協同進化新規律，闡明了其在維持亞基因組轉錄平衡中的核心作用，為理解作物多倍化適應機制與遺傳改良提供了新理論基礎。

該研究構建了目前最全面的白菜和甘藍表觀遺傳圖譜，整合組蛋白修飾、染色質可及性、DNA 甲基化與轉錄組數據，揭示異源四倍體甘藍型油菜在形成與穩定過程中伴隨廣泛的遺傳變異和表觀基因組重塑特征�；谛蛄信c表觀遺傳特征，本研究將同源基因對劃分為三類。其中，I類同源基因（序列保守且表觀遺傳特征一致）在異源四倍體油菜An與Cn亞基因組中的比例顯著高于二倍體祖先，表明異源四倍體中基因組與表觀遺傳組發生了協同趨同。這一現象在人工合成甘藍型油菜中亦得到驗證，說明協同趨同可在多倍化初期快速建立。這些趨同基因富集于基因組穩定性維持和非生物脅迫響應等關鍵通路。An與Cn亞基因組的表達差異顯著縮小，其中Cn顯示出更高的序列保守性和表觀遺傳穩態，而An中受變異影響的轉錄因子結合位點趨向于Cn的調控狀態，表明異源多倍體通過多層次調控有效緩解了亞基因組間的沖突。綜上，異源四倍體油菜通過基因組與表觀遺傳組的協同變化實現亞基因組的穩定與協調，為理解異源多倍體的形成機制與適應性進化提供了重要見解。

圖1. 甘藍型油菜異源四倍化后基因組和表觀基因組協同趨同

華中農業大學博士研究生周潔為該論文的第一作者，華中農業大學趙倫教授為通訊作者。中國農業科學院棉花研究所馬夢博士、河南大學章清博士等參與了研究，華中農業大學沈金雄教授、趙虎研究員等給予了重要指導。這是該團隊繼創建 eChIP-seq、aChIP-seq和ChIA-PET等植物表觀及三維基因組學技術(Nature Communications, 2019, 2020; Genome Biology, 2022, 2023)，啟動油菜 ENCODE 計劃并解析油菜種子休眠與萌發的表觀遺傳調控機制(Molecular Plant, 2021; Nature Plants, 2024)，以及揭示雜交油菜耐鹽堿機制(New Phytologist, 2025)之后，在油菜表觀遺傳領域取得的又一重要進展(Horticulture Research, 2025)。該研究得到國家自然科學基金優秀青年基金、國家重點研發計劃等項目資助。

課題組信息詳見：

https://faculty.hzau.edu.cn/zhaolun/zh_CN/index.htm

論文鏈接：

https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhaf266/8271419